CN114362629B - 一种笼型异步电动机节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，包括笼型异步电动机、磁控电抗器、晶闸管可控整流单元、计算控制单元和检测单元，磁控电抗器的三相交流侧与笼型异步电动机的三相定子绕组串联，磁控电抗器的控制端与晶闸管可控整流单元的电源连接，检测单元连接笼型异步电动机和计算控制单元，计算控制单元连接晶闸管可控整流单元；检测单元用于获取笼型异步电动机的输入电压和输入电流，并输入至计算控制单元，计算控制单元用于根据输入电压和输入电流的变化量生成触发信号，并输入至晶闸管可控整流单元，晶闸管可控整流单元用于根据触发信号调节直流输出电压，并传输至磁控电抗器的控制端。与现有技术相比，本发明具有节能效率高、控制方法简单、可操作性强等优点。

Description

一种笼型异步电动机节能控制系统

技术领域

本发明涉及笼型异步电动机领域，尤其是涉及一种笼型异步电动机节能控制系统。

背景技术

笼型异步电动机具有控制设备简单、安全耐用、使用方便的优点，其用电量占总用电量的60％，其设计和运行针对于恒压恒频供电。随着节能环保社会发展主题的持续推进，学界和工程界对笼型异步电动机轻载或空载工况下的节能开展了研究，大体分两种主流的技术路线：一是采用变频器供电，结合控制算法实现节能运行；二是工频供电条件下，根据运行工况调节输入电压实现节能。

现有的笼型异步电动机控制系统常常使用自耦变压器等调压设备实现节能，但是这种方法控制精度不高，无法根据电动机的实时运行情况进行节能设置，始终采用设定的参数设置节能方案，节能效率低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种笼型异步电动机节能控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种笼型异步电动机节能控制系统，包括笼型异步电动机、磁控电抗器、晶闸管可控整流单元、计算控制单元和检测单元，所述磁控电抗器的三相交流侧与笼型异步电动机的三相定子绕组串联，所述磁控电抗器的控制端与晶闸管可控整流单元输出的直流电源连接，所述检测单元连接笼型异步电动机和计算控制单元，所述计算控制单元连接晶闸管可控整流单元；

所述检测单元用于获取笼型异步电动机的输入电压和输入电流，并输入至计算控制单元，所述计算控制单元用于根据输入电压和输入电流的变化量生成触发信号，并输入至晶闸管可控整流单元，所述晶闸管可控整流单元用于根据触发信号调节输出电压，并传输至磁控电抗器的控制端。

进一步地，所述触发信号的计算过程如下：

S1、获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第一输入电压和第一输入电流，并设定第一触发信号；

S2、经过第一设定时间后，获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第二输入电压和第二输入电流，结合第一输入电压和第一输入电流计算输入电压变化量和输入电流变化量；

S3、判断输入电流变化量的绝对值是否大于电流变化阈值，若是，则执行步骤S4，若否，则关闭计算控制单元；

S4、判断输入电压变化量是否小于0，若是，则执行步骤S5；若否，则执行步骤S6；

S5、判断输入电流变化量是否大于电流变化阈值，若是，则执行步骤S7；若否，则返回执行步骤S1；

S6、判断输入电流变化量是否小于电流变化阈值的负值，若是，则执行步骤S7，若否，则返回执行步骤S1；

S7、获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第一输入电压和第一输入电流，并设定第二触发信号，返回执行步骤S2。

进一步地，所述电流变化阈值的大小为0.008～0.012倍的额定电流值。

进一步地，所述第一触发信号为，在当前导通角的大小的基础上加上第一导通角；所述第二触发信号为，在当前导通角的大小的基础上减去第一导通角。

进一步地，所述第一导通角的小于0.015～0.025倍的导通角取值范围差。

进一步地，所述第一设定时间的数值为4～6倍的机电时间常数。

进一步地，所述计算控制单元用于根据机电时间常数，结合笼型异步电动机的输入电流判断负载程度。

进一步地，所述负载程度为轻载或空载时，所述计算控制单元工作；所述负载程度为其它状态时，所述计算控制单元关闭。

进一步地，所述轻载或负载的判断依据如下：笼型异步电动机的输入电流小于若干倍额定电流值的时间不小于10倍的机电时间常数。

进一步地，所述笼型异步电动机的输入电压不小于0.7倍的额定电压值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明设置了磁控电抗器、晶闸管可控整流单元和计算控制单元对笼型异步电动机进行控制，控制的参数为电动机的输入电流和输入电压，控制具有实时性，节能效率高，且仅需要在电路中安装检测单元，成本较低，在控制时选用晶闸管可控整流单元，灵敏度更高，从而使节能控制的精确度较高，且使用寿命更长。

2、本发明在触发信号的设置上，选用了具有循环流程的方法，通过对输入电流和输入电压的变化量来对晶闸管可控整流单元的导通角进行调节，并划分时刻以实时更新触发信号，同时为了防止电流振荡设置了变化量阈值，控制精度更高，且判断方式更简单。

3、本发明对负载程度进行了判断，当系统负载较高时，不开启计算控制单元计算触发信号，在实际运行时本发明的节能方案更具有实用性。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为本发明三联可调线形磁控电抗器控制端直流电压与交流侧电压之间的关系示意图。

图3为工频电源电压与线形磁控电抗器交流侧电压和笼型异步电动机输入电压之间的相量关系示意图。

图4为笼型异步电动机输入功率、输入电压和输入电流之间的关系示意图。

图5为晶闸管导通角与整流单元输出直流电压之间的关系示意图。

图6为计算控制单元计算流程示意图。

附图标记：1

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供了一种笼型异步电动机节能控制系统，如图1所示，具体包括：

笼型异步电动机1、磁控电抗器2、晶闸管可控整流单元3、计算控制单元4和检测单元5，其中磁控电抗器2为三联调线形磁控电抗器，其三相交流侧分别与笼型异步电动机1的三相定子绕组串联后接入三相恒压恒频的工频电源6，三联调线形磁控电抗器2的控制端与连接晶闸管可控整流单元3的直流电源，检测单元5连接笼型异步电动机1和计算控制单元4，计算控制单4元连接晶闸管可控整流单元3。

其中，检测单元对笼型异步电动机的输入电压和输入电流进行在线测量，测量信号输入计算控制单元，计算控制单元根据输入电压和输入电流的变化量生成晶闸管触发信号，控制晶闸管可控整流单元的输出电压。整流单元将电压U_＝传输至三联调线形磁控电抗器控制端，控制端电压U_＝与交流测电压U_T的关系如图2所示，其中U_＝m为饱和电压，三联调线形磁控电抗器交流测电压U_T、工频电源电压U_S和笼型异步电动机输入电压U₁的对应关系如图3所示，而和笼型异步电动机的功率P₁与输入电压U₁和输入电流I₁的对应关系如图4所示。笼型异步电动机的输入电压不小于0.7倍的额定电压值。

计算控制单元执行的指令具体步骤如下：

步骤S0、首先判断判断负载程度，当处于轻载、空载运行状态时，继续执行接下来的步骤实现控制；其他状态时，关闭计算控制单元，保持电动机工频全压正常运行。轻载或负载的判断依据如下：笼型异步电动机的输入电流小于0.6倍的额定电流值I_1N的时间不小于10倍的机电时间常数Δt，机电时间常数根据此前进行的多次实验得出，。

步骤S1、获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第一输入电压U₁₁和第一输入电流I₁₁，并设定第一触发信号，即在当前导通角θ的大小的基础上加上第一导通角Δθ，其中第一导通角的小于0.02倍的导通角取值范围差θ₁-θ₂，导通角θ与整流单元的输出电压U_＝的关系如图5所示。

步骤S2、经过第一设定时间后，第一设定时间的大小优选为5倍的机电时间常数，获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第二输入电压U₁₂和第二输入电流I₁₂，结合第一输入电压和第一输入电流计算输入电压变化量ΔU₁和输入电流变化量ΔI₁。

步骤S3、判断输入电流变化量的绝对值是否大于电流变化阈值δ，电流变化阈值的大小优选为0.01倍的额定电流值，若是，则执行步骤S4，若否，则关闭计算控制单元，不进行控制。

步骤S4、判断输入电压变化量是否小于0，若是，则执行步骤S5；若否，则执行步骤S6。

步骤S5、判断输入电流变化量是否大于电流变化阈值，若是，则执行步骤S7；若否，则返回执行步骤S1。

步骤S6、判断输入电流变化量是否小于电流变化阈值的负值，若是，则执行步骤S7，若否，则返回执行步骤S1。

步骤S7、获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第一输入电压和第一输入电流，并设定第二触发信号，即在当前导通角的大小的基础上减去第一导通角，返回执行步骤S2。

至此，触发信号可随着输入电流输入电压变化量的变化而不断改变，选用了具有循环流程的方法，通过对输入电流和输入电压的变化量来对晶闸管可控整流单元的导通角进行调节，并划分时刻以实时更新触发信号，同时为了防止电流振荡设置了变化量阈值，为了防止负载过大时节能方案影响正常运行也设置了负载判断标准，即设置了计算控制单元关闭的条件，使电动机可在需求下工频全压正常运行，控制精度更高，且判断方式更简单。以上流程图可如图6所示。

本实施例设置了磁控电抗器、晶闸管可控整流单元和计算控制单元对笼型异步电动机进行控制，控制的参数为电动机的输入电流和输入电压，控制具有实时性，节能效率高，且仅需要在电路中安装检测单元，成本较低，在控制时选用晶闸管可控整流单元，灵敏度更高，从而使节能控制的精确度较高，且使用寿命更长。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，包括笼型异步电动机、磁控电抗器、晶闸管可控整流单元、计算控制单元和检测单元，所述磁控电抗器的三相交流侧与笼型异步电动机的三相定子绕组串联，所述磁控电抗器的控制端与晶闸管可控整流单元的电源连接，所述检测单元连接笼型异步电动机和计算控制单元，所述计算控制单元连接晶闸管可控整流单元；

所述检测单元用于获取笼型异步电动机的输入电压和输入电流，并输入至计算控制单元，所述计算控制单元用于根据输入电压和输入电流的变化量生成触发信号，并输入至晶闸管可控整流单元，所述晶闸管可控整流单元用于根据触发信号调节直流输出电压，并传输至磁控电抗器的控制端，

所述触发信号的计算过程如下：

S1、获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第一输入电压和第一输入电流，并设定第一触发信号；

S2、经过第一设定时间后，获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第二输入电压和第二输入电流，结合第一输入电压和第一输入电流计算输入电压变化量和输入电流变化量；

S3、判断输入电流变化量的绝对值是否大于电流变化阈值，若是，则执行步骤S4，若否，则关闭计算控制单元；

S4、判断输入电压变化量是否小于0，若是，则执行步骤S5；若否，则执行步骤S6；

S5、判断输入电流变化量是否大于电流变化阈值，若是，则执行步骤S7；若否，则返回执行步骤S1；

S6、判断输入电流变化量是否小于电流变化阈值的负值，若是，则执行步骤S7，若否，则返回执行步骤S1；

S7、获取笼型异步电动机的当前的输入电压电流作为第一输入电压和第一输入电流，并设定第二触发信号，返回执行步骤S2，

所述第一触发信号为，在当前导通角的大小的基础上加上第一导通角；所述第二触发信号为，在当前导通角的大小的基础上减去第一导通角。

2.根据权利要求1所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述电流变化阈值的大小为0.008～0.012倍的额定电流值。

3.根据权利要求1所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述第一导通角的小于0.015～0.025倍的导通角取值范围差。

4.根据权利要求1所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述第一设定时间的数值为4～6倍的机电时间常数。

5.根据权利要求1所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述计算控制单元用于根据机电时间常数，结合笼型异步电动机的输入电流判断负载程度。

6.根据权利要求5所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述负载程度为轻载或空载时，所述计算控制单元工作；所述负载程度为其它状态时，所述计算控制单元关闭。

7.根据权利要求6所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述轻载或空载的判断依据如下：笼型异步电动机的输入电流小于若干倍额定电流值的时间不小于10倍的机电时间常数。

8.根据权利要求3所述的一种笼型异步电动机节能控制系统，其特征在于，所述笼型异步电动机的输入电压不小于0.7倍的额定电压值。